Question

3．為有效控制霧霾，各地積極采取措施改善大氣質量．有效控制空氣中氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物顯得尤為重要．
（1）在汽車排氣管內安裝催化轉化器，可將汽車尾氣中主要污染物轉化為無毒的大氣循環物質．
已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
②C和CO的燃燒熱（△H）分別為-393.5kJ•mol^-1和-283kJ•mol^-1
則2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5kJ•mol^-1
（2）將0.20mol NO和0.10mol CO充入一個容積為1L的密閉容器中，反應過程中物質濃度變化如圖所示．
①CO在0-9min內的平均反應速率v（CO）=4.4×10^-3L^-1•min^-1（保留兩位有效數字）；第12min時改變的反應條件可能為D．A升高溫度   B加入NO   C．加催化劑   D．降低溫度
②該反應在第24min時達到平衡狀態，CO₂的體積分數為22.2%（保留三位有效數字），化學平衡常數K=34%（保留兩位有效數字）．
（3）一定條件下可用甲醇與CO反應生成醋酸消除CO污染．常溫下，將a mol/L的醋酸與b mol/LBa（OH）₂溶液等體積混合，充分反應后，溶液中存在2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），則該混合溶液中醋酸的電離常數Ka=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7 mol•L^-1（用含a和b的代數式表示）．
（4）在T溫度下，向2L密閉容器中充入10molN₂與5mo1O₂，50秒后達到平衡，測得NO的物質的量為2mol，該溫度下，若開始時向上述容器中充入N₂與O₂均為1mol，則達到平衡后N₂的轉化率為14.3%．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
又知C和CO的燃燒熱（△H）分別為-393.5kJ•mol^-1和-283kJ•mol^-1
可得熱化學方程式：②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，③×2-①可得：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）；
（2）①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO）；
12min時改變條件瞬間各組分濃度不變，而氮氣濃度增大，NO、CO濃度減小，平衡正向移動，結合平衡移動原理分析解答；
②由①中可知12min時為改變溫度，重新到達平衡時NO為0.14mol/L、CO為0.04mol/L、氮氣為0.03mol/L，由方程式可知二氧化碳為0.06mol/L，二氧化碳條件分數=$\frac{平衡時二氧化碳濃度}{混合氣體總濃度}$×100%，根據K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$計算平衡常數；
（3）混合后溶液中c（Ba²⁺）=0.5b mol/L，根據電荷守恒：2c（Ba²⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-），溶液中存在2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），則c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7 mol/L，溶液中c（CH₃COO^-）=b mol/L，由微粒守恒可知溶液中c（CH₃COOH）=（0.5a-b ）mol/L，再根據Ka=$\frac{c（{H}^{+}）×c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$計算；
（4）利用三段式求出反應混合物各組分物質的量的變化量、平衡時反應混合物各組分物質的量，反應前后氣體體積不變，用物質的量代替濃度代入K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$計算平衡常數，溫度相同，則平衡常數相同；
令N₂轉化的物質的量為xmol，利用三段式求出反應混合物各組分物質的量的變化量、平衡時反應混合物各組分物質的量，再根據平衡常數列方程計算解答．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1
又知C和CO的燃燒熱（△H）分別為-393.5kJ•mol^-1和-283kJ•mol^-1
可得熱化學方程式：②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，③×2-①可得：2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5KJ/mol
故答案為：-746.5；
（2）①0-9min內CO濃度變化為（0.1-0.06）mol/L=0.04mol/L，則v（CO）=$\frac{0.04mol/L}{9min}$=4.4×10^-3L^-1•min^-1，
12min時改變條件瞬間各組分濃度不變，而氮氣濃度增大，NO、CO濃度減小，平衡正向移動，正反應為放熱反應，應是降低溫度，
故答案為：4.4×10^-3；D；
②由①中可知12min時為改變溫度，重新到達平衡時NO為0.14mol/L、CO為0.04mol/L、氮氣為0.03mol/L，由方程式可知二氧化碳為0.06mol/L，二氧化碳條件分數=$\frac{0.06}{0.14+0.04+0.03+0.06}$×100%=22.2%，平衡常數K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{0.03×0.0{6}^{2}}{0.1{4}^{2}×0.0{4}^{2}}$=3.4，
故答案為：22.2%；3.4；
（3）混合后溶液中c（Ba²⁺）=0.5b mol/L，根據電荷守恒：2c（Ba²⁺）+c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+c（OH^-），溶液中存在2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），則c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7 mol/L，溶液中c（CH₃COO^-）=b mol/L，由微粒守恒可知溶液中c（CH₃COOH）=（0.5a-b ）mol/L，電離平衡常數Ka=$\frac{c（{H}^{+}）×c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{1{0}^{-7}×b}{（0.5a-b）}$=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7 mol•L^-1，
故答案為：$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7 mol•L^-1；
（4）在T溫度下，向2L密閉容器中充入10molN₂與5mo1O₂，50秒后達到平衡，測得NO的物質的量為2mol，
則參加反應氮氣為2mol×$\frac{1}{2}$=1mol，
           N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
起始（mol）：10    5        0
反應（mol）：1     1        2
平衡（mol）：9     4        2
所以平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（NO）}{c（{N}_{2}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{{2}^{2}}{9×4}$=$\frac{1}{9}$
令N₂轉化的物質的量為xmol，則
           N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）
起始（mol）：1     1       0
反應（mol）：x     x       2x
平衡（mol）：1-x   1-x     2x
所以$\frac{（2x）^{2}}{（1-x）×（1-x）}$=$\frac{1}{9}$，解得x=$\frac{1}{7}$，
N₂的轉化率為$\frac{\frac{1}{7}mol}{1mol}$×100%=14.3%．
故答案為：14.3%．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、反應速率、平衡常數應用、反應熱計算、電離平衡常數等，屬于拼合型題目，需學生具備扎實的基礎，難度中等．